De l'hydrogène à partir de biomasse renouvelable
THE MAGAZINE DEVOTED TO NICKEL AND ITS APPLICATIONS
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ORGANIC WASTE FROM CROPS such as this wheat, could someday be used to generate hydrogen.
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Un nouveau catalyseur au nickel pourrait ouvrir la voie à une production d'hydrogène peu
onéreuse.
By Virginia Heffernan
Magazine Nickel, Octobre, 2003 -- Les chimistes de l'Université du Wisconsin
ont mis au point un catalyseur à base de nickel qui pourrait jouer un rôle essentiel dans le cadre du
développement de l'économie de l'hydrogène.
Ce catalyseur à base de nickel de Raney - qui porte le nom du scientifique qui a fait breveter l'alliage Raney en 1927 - est capable de produire de l'hydrogène à partir de matières végétales en transformant leurs sous-produits en dioxyde de carbone (CO2) et en gaz hydrogène (H2).
Le platine permettrait d'obtenir le même effet, mais ce métal précieux est coûteux et souvent difficile à obtenir. Motivés par la nécessité de trouver une alternative moins onéreuse, les scientifiques de l'Université du Wisconsin ont testé plus de 300 catalyseurs avant de tomber sur le nickel de Raney, un alliage nickel-aluminium avec une teneur en nickel de 90% de son poids.
Mais le nickel de Raney n'était encore pas la solution parfaite. Si cet alliage était aussi efficace que son pendant au platine et à l'aluminium pour transformer de l'eau sucrée (une substance organique riche en glucose dérivée de matières végétales broyées) en hydrogène, la réaction sur la surface catalytique produisait également du méthane, un gaz à effet de serre. Les scientifiques ont alors essayé d'y ajouter de l'étain.
"Pour éviter la production de méthane, nous avons allié le nickel avec de l'étain, ce qui nous a permis de
produire surtout du CO2
et du H2, les produits réactionnels désirés", explique James Dumesic, le chercheur qui
dirige ce projet et qui commente ses découvertes dans l'édition de Science du 27 juin 2003. "La
combinaison nickel-étain est nettement moins chère que des métaux précieux présentant des caractéristiques
similaires."
L'importance de cette découverte réside dans le fait qu'elle pourrait fournir pour la première fois une méthode peu onéreuse pour produire de l'hydrogène pour les piles à combustible à l'aide de ressources renouvelables. Les piles à combustible (voir l'article complémentaire à ce sujet) représentent une alternative non polluante et hautement efficace à la production conventionnelle d'énergie basée sur des combustibles fossiles, mais jusqu'à présent, leur coût a fait obstacle à leur développement et leur utilisation.
"Le nouveau catalyseur nickel-étain est assez bon marché pour être compétitif sur les marchés de l'électricité et des combustibles tant que les matières premières pour l'eau sucrée seront disponibles à faible coût", dit M. Dumesic. "Les premières applications de ce procédé pourraient voir le jour dans le domaine des piles à combustible mobiles fournissant de l'énergie aux ordinateurs portables, aux engins militaires et - peut-être un jour - aux voitures."
Dans ce type d'applications, les piles seraient remplacées par des cartouches remplies d'un liquide inoffensif comme le glycérol.
Le catalyseur transforme l'eau sucrée en hydrogène à l'aide d'un procédé connu sous le nom d'APR ("Aqueus Phase Reforming"). L'APR décompose les liaisons C-C, C-H et/ou O-H en composés avec une relation C:O de 1:1 (hydrocarbures) afin de produire des espèces adsorbées sur la surface catalytique. Pour pouvoir être utilisé pour la production de H2, le catalyseur doit faciliter la décomposition des liaisons C-C tout en promouvant la réaction de déplacement eau-gaz qui rejette les espèces CO adsorbées. Le catalyseur au nickel de Raney modifié répond à ces exigences.
D'autres procédés pour la production de H2 sont basés sur le steam reforming de combustibles fossiles, un procédé compliqué exigeant trois réacteurs et des températures de plus de 625°C. Le procédé APR est supérieur et sans doute plus adapté aux applications mobiles parce qu'il utilise une matière première renouvelable et n'exige qu'un seul réacteur ainsi qu'une température de 225°C.
La société Virent Energy Systems, qui est actuellement en train de construire un réacteur plus grand pour tester le procédé, va poursuivre le développement et la commercialisation des résultats de cette recherche. La Division of Energy du Wisconsin est fascinée par la possibilité d'utiliser le procédé APR pour transformer les gaz d'échappement de l'industrie alimentaire et d'autres secteurs en énergie et a octroyé des subventions à Virent tant pour le développement de l'entreprise que pour ses activités de recherche et de développement.
Virginia Heffernan is a Toronto-based freelance writer.
PHOTO: Tim Pelling
 James Dumesic |
